KR20140110503A - 탄탈륨 캐패시터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄탈륨 캐패시터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄탈륨 와이어와 탄탈륨 파우더의 결합력을 증대시켜 ESR 특성을 개선할 수 있는 탄탈륨 캐패시터에 관한 것이다.
본 발명은, 탄탈륨 와이어; 상기 탄탈륨 와이어의 선단을 매립시킨 후 소결처리된 탄탈륨 파우더; 그리고 상기 탄탈륨 와이어와 탄탈륨 파우더의 결합력이 증대되도록 상기 탄탈력 와이어 표면에 형성된 요철부; 를 포함할 수 있다.

Description

탄탈륨 캐패시터{Tantalum Capacitor}

본 발명은 탄탈륨 캐패시터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄탈륨 와이어와 탄탈륨 파우더의 결합력을 증대시켜 ESR 특성을 개선할 수 있는 탄탈륨 캐패시터에 관한 것이다.

탄탈륨 커패시터는 통신, 컴퓨터, 자동차, 가전제품, 항공기 등의 분야에서 널리 사용되어 왔다. 탄탈륨 분말을 양극으로 그리고 탄탈륨 와이어를 양극 리드로 사용하여 제조되는 탄탈륨 전해 커패시터들은 작은 체적, 큰 전기용량, 고도의 칩 타입, 양호한 신뢰성 및 긴 수명의 장점들을 가지며, 그에 따라서 (세라믹, 알루미늄 시이트커패시터 등과 같은) 많은 다른 커패시터들이 작동할 수 없는 극한의 조건하에서 정상적으로 작동할 수 있다.

탄탈륨 커패시터들의 양극 리드용 탄탈륨 와이어에 대해서는 커패시터들에서의 엄격한 요구사항을 만족시키는 기계적 성질 및 전기적 성질과 함께 높은 화학적 순도, 양호한 표면 마감성 및 정확한 치수를 갖는 것이 요구된다.

예를 들면, 탄탈륨 와이어의 표면 마감성에서의 특별한 요구사항은, 표면은 60배율 이상의 현미경으로 관찰하는 경우에 홈, 깔쭉깔쭉한 부분 및 연마 홈과 같은 명백한 결점들을 갖지 않아야 하는 것이며, 전기적 특성들에 대한 특별한 요구사항은 누설전류가 작을수록 좋다는 것이다.

전자 기술의 발전에 따라 탄탈륨 커패시터에 대한 요구사항은 증가 추세에 있다. 탄탈륨 커패시터는 사용된 탄탈륨 분말이 점점 높아지는 비용량을 가지면서 소형화하고, 칩-타입 및 고 용량의 형태로 단계적으로 발전하고 있다.

상기한 내용은 탄탈륨 커패시터의 양극 펠렛의 소결온도를 제한한다. 만일 소결온도가 너무 높으면, 탄탈륨분말의 다공성이 크게 줄어들게 되고, 이에 의해서 탄탈륨 커패시터의 비용량이 감소하게 된다.

그러나, 만일 종래의 원형 양극 리드가 저온 소결 탄탈륨 커패시터에 사용되면, 원형 탄탈륨 와이어를 사용하여 제조된 양극 리드는 그것의 상대적인 작은 표면적으로 인하여 탄탈륨 양극 펠렛에 대해 작은 접촉면적을 갖게 되고 이에 의해서 낮은 접촉강도와 탄탈륨 커패시터의 과도한 누설 전류를 야기하는 문제점이 있고, 이것은 심지어 탄탈륨 커패시터의 실패를 초래하게 되는 양극 펠렛으로부터 탄탈륨 와이어의 발산(shedding)을 야기한다.

탄탈륨 커패시터의 최소화가 더욱 발전함에 따라서, 탄탈륨 커패시터의 리드 와이어의 낮은 뽑힘 강도(pullout strength)의 문제점은 탄탈륨 커패시터의 전자적 특성 및 신뢰성에 더욱 나쁜 영향을 끼치게 된다.

인용문헌: 일본특허공개 제 2011-243898호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 탄탈륨 와이어와 탄탈륨 파우더의 결합강도를 증대시켜 전자적 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 탄탈륨 캐패시터를 제공하는데 목적이 있다.

이와 같은 목적을 효과적으로 달성하기 위해 본 발명은, 탄탈륨 와이어; 상기 탄탈륨 와이어의 선단을 매립시킨 후 소결처리된 탄탈륨 파우더; 그리고 상기 탄탈륨 와이어와 탄탈륨 파우더의 결합력이 증대되도록 상기 탄탈력 와이어 표면에 형성된 요철부; 를 포함할 수 있다.

상기 요철부는 탄탈륨 와이어의 표면에 블래스트 공정을 통해 형성될 수 있으며, 상기 요철부는 탄탈륨 와이어의 표면에 너얼링 공정을 통해 형성될 수도 있다.

또한 상기 탄탈륨 와이어는 단면적 0.007~0.0636㎟의 범위로 구성된 것이 바람직하게 사용될 수 있다.

그리고 상기 탄탈륨 파우더는 그 입도가 요철부의 홀 직경 보다 작은 입도로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 탄탈륨 캐패시터는 탄탈륨 와이어와 탄탈륨 파우더의 결합강도를 증대는 결국 탄탈륨 와이어의 뽑힘 강도를 증대시키게 됨에 따라 캐패시터 자체의 전자적 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄탈륨 와이어의 표면 거칠기를 형성시키는 과정을 보인 예시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄탈륨 캐패시터의 와이어가 파우더에 결합된 상태를 보인 예시도.
도 3은 도 2의 결합된 상태를 보인 단면 예시도.
도 4는 본 발명의 탄탈륨 와이어를 통해 ESR 특성이 상태를 보인 예시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄탈륨 와이어의 표면 거칠기를 형성시키는 과정을 보인 예시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 탄탈륨 캐패시터의 와이어가 파우더에 결합된 상태를 보인 예시도이며, 도 3은 도 2의 결합된 상태를 보인 단면 예시도이고, 도 4는 본 발명의 탄탈륨 와이어를 통해 ESR 특성이 상태를 보인 예시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 탄탈륨 캐패시터(미부호)는 탄탈륨 와이어(10)와 탄탈륨 와이어(10)의 선단을 매립하여 일체화된 탄탈륨 파우더(20)와 탄탈륨 와이어(10)의 표면 거칠기를 증대시킨 요철부(30)를 포함한다.

탄탈륨 와이어(10)는 소정거리 이격 배치된 한 쌍의 스풀(1)에 감긴 상태에서 스풀(1)의 회전에 따라 탄탈륨 와이어(10)를 권취와 풀림하도록 되어 있다.

이때, 탄탈륨 와이어(10)는 원통형의 철사와 동일한 형상을 가질 수 있으며, 원통형이 아닌 사각형의 형상을 가질 수도 있다.

즉, 탄탈륨 와이어(10)의 생산 시 탄탈륨 와이어(10)를 원통형이나 사각형 중 어느 하나의 형상으로 구성할 수 있으나, 본 발명에서는 탄탈륨 와이어(10) 자체를 생산하는 공정과 관계성이 없으므로 원통형으로 구성된 탄탈륨 와이어(10)를 실시예로 설명한다.

한 쌍의 스풀(1)이 회전하기 시작하면, 일측 스풀에서 반대편 스풀로 탄탈륨 와이어(10)가 이동하게 되는데, 이 과정에서 한 쌍의 스풀(1) 사이에는 탄탈륨 와이어(10)의 표면 거칠기를 증대시키도록 거칠기형성부(2)가 배치되어 있다.

거칠기형성부(2)는 탄탈륨 와이어(10)의 표면을 타격하는 블래스트 기(Blast Device)로 구성되거나, 탄탈륨 와이어의 표면에 일정한 음양각을 형성하는 너어링 기(Knurling Device)로 구성될 수 있다.

거칠기형성부(2)가 블래스트 장치로 구성된 경우, 탄탈륨 와이어(10)의 표면에 작은 입자를 분사하는 블래스트를 공정을 진행함으로써 표면 거칠기를 크게 형성할 수 있게 된다.

즉, 블래스트 공정은 샌드 블래스트 공법과 같이 작은 입자를 탄탈륨 와이어(10)의 표면에 연속적으로 분사함으로써 탄탈륨 와이어(10)의 표면에 소정깊이의 요철이 형성되도록 한 것이다.

또한 거칠기형성부(2)가 너어링 장치로 구성된 경우에는 탄탈륨 와이어(10)의 표면에 압력을 가하여 탄탈륨 와이어(10)의 표면 형상을 변형시킴으로써 음양각을 형성할 수 있게 된다. 이 또한 블래스트 공정과 같이 탄탈륨 와이어의 표면에 소정 깊이의 요철을 형성하게 되는 것이다.

여기서, 탄탈륨 와이어(10)는 단면적 0.007~0.0636㎟의 범위로 구성될 수 있다. 이러한 직경 범위는 탄탈륨 와이어(10)를 캐패시터 내부에 실장 시 캐패시터의 규격에 따라 설계된 것이다.

이렇게 탄탈륨 와이어(10)의 표면에 요철부(30)가 형성되면, 스풀(1)에서 탄탈륨 와이어(10)를 분리한 다음, 캐패시터에 적합한 규격대로 절단하게 된다.

절단이 완료된 탄탈륨 와이어(10)는 세척 및 건조 과정을 거치게 되고, 탄탈륨 파우더(20)에 선단이 매립된 채 소결공정이 진행되어 탄탈륨 파우더(20)와 일체화된다.

즉, 탄탈륨 파우더(20)는 성형금형에 넣고 탄탈륨 와이어(10)의 선단을 삽입한 다음 금형에 일정 압력을 가하여 일정 형상을 제조한다. 형상이 제조되면, 소결 공정을 진행하고 파우더 입자(펠릿 Pellet)(22)을 일정량 수축시킨다.

이처럼 탄탈륨 파우더(20)의 소결 공정이 완료되면, 탄탈륨 와이어(10)와 탄탈륨 파우더(20)가 견고한 결합상태를 유지할 수 있게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 탄탈륨 캐패시터는 탄탈륨 와이어(10)의 표면에 블래스트 또는 너얼링과 같이 표면 거칠기를 증대시키기 위한 공정이 진행되면, 탄탈륨 와이어(10)의 표면에 대략 원형 또는 다각형 등의 형상으로 소정깊이의 홀(32)이 형성된다.

홀(32)의 직경은 블래스트 공정이 진행된 경우 탄탈륨 파우더의 입자(22) 보다 큰 직경을 가지도록 브래스트 공정 시 사용되는 입자의 크기를 선별하여 진행하게 된다.

또한 너얼링 공정에서는 탄탈륨 와이어(10)의 표면에 형성된 홀(32)의 크기가 탄탈륨 파우더의 입자(22) 크기보다 크게 형성될 수 밖에 없기 때문에 홀(32)을 형성하기 위한 별도의 선별 작업이 요구되지 않는다.

이렇게 탄탈륨 와이어(10)의 표면에 요철부(30)가 형성되면, 탄탈륨 파우더의 각 입자(22)들이 요철부의 홀(32)에 충분히 채워지게 되고, 채워진 상태에서 금형에 의한 프레스 및 소결처리 공정이 진행됨에 따라 탄탈륨 파우더(20)와 견고한 결합상태를 유지할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같이 탄탈륨 와이어(10)와 탄탈륨 파우더(20)가 안정적인 결합상태를 유지하게 되면, 제품의 ESR(등가직렬저항)도 매우 효과적으로 개선될 수 있게 된다.

아래 표는 탄탈륨 와이어(10)의 표면 거칠기가 증대된 후 탄탈륨 캐패시터에 설치되고 ESR을 측정하여 특성이 변화된 것을 나타낸 것이다.

Cap는 용량을 나타내며, DF는 손실률 ESR 등가직렬저항, LC는 누설전류를 나타낸다.

상기 표에서 나타난 바와 같이, 용량은 2.5uf 정도 상승하였고 손실률에서는 변화가 없었다.

그리고 등가직렬저항은 1.4 m

이 감소했으며, 누설전류는 4.5uA 가 증가된 것을 알 수 있다.

누설전류의 경우 전류량이 소폭 상승하였으나, 그 상승폭은 매우 미미하며 현재 전자제품에서 요구하는 ESR 값은 낮추고 용량은 증대될 수 있게 된다.

따라서, ESR 구현이 어려운 Low ESR 폴리머 탄탄륨 캐패시터에 있어 ESR 레벨이 크게 낮춰질 수 있게 됨에 따라 제품성의 향상을 기대할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명의 실시예에 따른 탄탈륨 캐패시터에 대해 설명하였으나 본 발명은 이에 한정하지 아니하며 당업자라면 그 응용과 변형이 가능함은 물론이다.

1: 스풀 2: 거칠기형성부
10: 탄탈륨 와이어 20: 탄탈륨 파우더
22: 파우더 입자 30: 요철부
32: 홀

Claims (5)

1. 탄탈륨 와이어;
   상기 탄탈륨 와이어의 선단을 매립시킨 후 소결처리된 탄탈륨 파우더; 그리고
   상기 탄탈륨 와이어와 탄탈륨 파우더의 결합력이 증대되도록 상기 탄탈력 와이어 표면에 형성된 요철부; 를 포함하는 탄탈륨 캐패시터.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 요철부는 탄탈륨 와이어의 표면에 블래스트 공정을 통해 형성된 탄탈륨 캐패시터.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 요철부는 탄탈륨 와이어의 표면에 너얼링 공정을 통해 형성된 탄탈륨 캐패시터.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 탄탈륨 와이어는 단면적 0.007~0.0636㎟의 범위로 구성된 탄탈륨 캐패시터.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 탄탈륨 파우더는 그 입도가 요철부의 홀 직경 보다 작은 입도로 구성된 탄탈륨 캐패시터.
   
   
   
   
   
   

Images